智能管道時代的管道風險評價技術(shù)展望

王新劉建平王巨洪

(中國石油管道公司 河北廊坊 065000)

0 引言

管道風險評價是管道完整性管理的核心環(huán)節(jié)，通過開展管道風險評價可有效識別對管道安全運行有不利影響的危害因素，評價事故發(fā)生的可能性和后果大小，綜合得到管道風險高低，并針對性地提出風險控制措施[1]。近些年來，管道風險評價技術(shù)不斷發(fā)展，在世界范圍內(nèi)得到了普遍應(yīng)用。然而隨著應(yīng)用的深入，以半定量風險評價為代表的傳統(tǒng)管道風險評價方法錄入數(shù)據(jù)準確性不足，評價結(jié)果過于主觀等缺點不斷暴露，現(xiàn)有的風險評價方法并不能滿足管道風險管控精細化的需求[2]。為此，需要改進現(xiàn)有風險評價方法，以適應(yīng)管道管理的需要。以中俄東線天然氣管道為起點，管道建設(shè)步入智能管道建設(shè)階段，物聯(lián)網(wǎng)、智能移動終端、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)改變著管道各業(yè)務(wù)領(lǐng)域[3-5]，管道風險評價也朝著實時、動態(tài)評價、結(jié)果可視化、風險預(yù)測預(yù)警等方向發(fā)展。鑒于此，本文對現(xiàn)有管道風險評價方法中存在的問題和缺點進行總結(jié)，對造成這些問題的原因進行分析，并展望了智能管道時代風險評價方法的發(fā)展趨勢。

1 管道風險評價技術(shù)現(xiàn)狀

按照風險評價結(jié)果的量化程度，管道風險評價方法可分為定性風險評價方法、半定量風險評價方法和定量風險評價方法。目前國際上應(yīng)用較多的管道風險評價方法是以肯特打分法為代表的半定量風險評價方法。這種方法優(yōu)點是簡單易懂，可操作性好，對數(shù)據(jù)要求低，評價周期短，自1992年W. Kent. Muhlbauer 編寫《管道風險管理手冊》以來，以中國石油為代表，半定量風險評價技術(shù)在國內(nèi)外管道企業(yè)廣泛應(yīng)用[1]。中石油管道公司經(jīng)過多年的技術(shù)積累，根據(jù)中國石油管道運行的實際情況對肯特法指標進行了修改完善，逐步形成了比較成熟的管道半定量風險評價方法，并開發(fā)了管道風險評價軟件RiskScore。目前，該方法已在中石油進行了大范圍推廣應(yīng)用。

2 目前管道風險評價存在的問題

2.1 錄入數(shù)據(jù)的準確性、完整性不足

錄入數(shù)據(jù)的準確、完整直接決定風險評價結(jié)果的準確性。目前風險評價數(shù)據(jù)存在兩方面問題，一是管道建設(shè)期數(shù)據(jù)缺乏導致風險評價數(shù)據(jù)錄入不完整。近年來，管道工程質(zhì)量問題成為管道運行的主要風險之一，施工過程中形成的施工缺陷，導致管道運行風險增高。目前，建設(shè)期數(shù)據(jù)采集過程中，存在數(shù)據(jù)填報不及時、不完整、不準確等問題，直接影響到建設(shè)期數(shù)據(jù)的質(zhì)量。另一個問題是管道運行期數(shù)據(jù)類型及來源多樣導致風險數(shù)據(jù)整合錄入工作量大，精度不高。目前，風險評價所需數(shù)據(jù)來源于不同系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間并沒有實現(xiàn)融合互通，不同類型數(shù)據(jù)需要查閱不同系統(tǒng)，比如壓力、陰極保護等監(jiān)測數(shù)據(jù)，一般來自各監(jiān)測系統(tǒng)，采集要求實時性及采集頻率較高；管道本體數(shù)據(jù)往往需要通過內(nèi)外檢測等手段獲得，數(shù)據(jù)量大，難以直接錄入風險評價模型；第三方損壞、地質(zhì)災(zāi)害等數(shù)據(jù)，部分來自監(jiān)測數(shù)據(jù)，但大部分需要管道管理人員通過現(xiàn)場踏勘進行風險識別，也有部分數(shù)據(jù)來自日報、月報及年報等生產(chǎn)報表，數(shù)據(jù)的采集及錄入工作量大，精度較差。目前，國內(nèi)很多管道管理企業(yè)已經(jīng)采用信息平臺來管理日常數(shù)據(jù)，比如中國石油管道公司應(yīng)用管道完整性管理系統(tǒng)(PIS)進行日常業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)管理，應(yīng)用RiskScore風險評價系統(tǒng)進行風險評價，目前PIS系統(tǒng)與RiskScore已經(jīng)實現(xiàn)部分數(shù)據(jù)互聯(lián)，但大部分數(shù)據(jù)還需要經(jīng)過處理后手動錄入RiskScore軟件。

2.2 管道風險計算結(jié)果準確性不足

管道風險評價準確性不足的原因包括：

(1)數(shù)據(jù)利用率較低。半定量風險評價方法所要求的數(shù)據(jù)量和類型有限，且大部分數(shù)據(jù)需要人工錄入，可能影響錄入數(shù)據(jù)的質(zhì)量，最終影響評價結(jié)果的準確程度。

(2)評價結(jié)果主觀性較強。半定量風險評價指標體系多是建立在實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，隨著環(huán)境的發(fā)展變化以及人們對管道風險認知水平的提高，風險評價指標的細致性、層次性以及權(quán)值分配的合理性存在的問題不斷暴露，比如表1中管段1和2失效可能性得分都為330分，但管段2在腐蝕方面存在明顯短板，如果以管段整體失效可能性衡量管道發(fā)生泄漏事件的可能性，管段2腐蝕風險可能會被忽略。另一方面，半定量風險評價過程更多依靠評價人員的經(jīng)驗，評價結(jié)果主觀性強，不同的評價人員使用相同的資料評價同一個管段可能會得出不同的結(jié)果。

2.3 管道風險評價結(jié)果時效性有待提高

目前，管道風險評價工作往往是周期性開展，GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》中規(guī)定：管道風險評價的時間間隔應(yīng)根據(jù)風險評價的結(jié)論來確定，且不宜超過3年。中石油管道公司的風險評價工作為一年一次，但管道風險具有實時變化的特性，一年一次的風險評價并不能體現(xiàn)風險實時變化的特性。同時，目前的風險評價結(jié)果往往是針對評價時管道的風險狀況，缺乏對未來風險的預(yù)測預(yù)警。

表1 半定量風險評價結(jié)果示例 分

3 智能管道時代的管道風險評價技術(shù)展望

智能管道風險評價技術(shù)以地理信息系統(tǒng)(GIS)為基礎(chǔ)，融合智能移動終端、電子標簽(RFID)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過采集獲取油氣管道各類數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析工具，實時計算管道風險，為風險管控提供支持[6]。智能管道時代風險評價流程見圖1。

圖1 智能管道時代風險評價主要流程

智能管道時代，物聯(lián)網(wǎng)、智能移動終端、大數(shù)據(jù)及云計算將給風險評價帶來以下轉(zhuǎn)變。

3.1 風險評價實現(xiàn)動態(tài)實時評價

目前管道企業(yè)的風險評價工作往往由專業(yè)技術(shù)人員或?qū)I(yè)團隊按照評價流程采集數(shù)據(jù)、收集資料、分析計算風險。作業(yè)所需時間長，一次完整的風險識別評價要用至少兩、三個月時間完成，評價周期長，使得風險評價工作的時效性大大降低。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能移動終端的應(yīng)用及信息系統(tǒng)互通互聯(lián)使得風險實時動態(tài)評價成為可能。

(1)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，在油氣長輸管道的一些業(yè)務(wù)領(lǐng)域，已經(jīng)開始利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集管道相關(guān)數(shù)據(jù)[7]，比如正在建設(shè)的中俄東線利用視頻監(jiān)控、泄漏預(yù)警、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、智能陰極保護樁等技術(shù)對管道進行實時監(jiān)測、監(jiān)控，可以實現(xiàn)管道的全面感知。隨著物聯(lián)網(wǎng)及智能移動終端技術(shù)在管道上的應(yīng)用，將一些數(shù)據(jù)由原來的人工采集升級為設(shè)備自動采集和傳輸，保證數(shù)據(jù)及時、準確地獲取，而且擴展了數(shù)據(jù)的多樣性，通過對多類數(shù)據(jù)的綜合分析得出更為準確、可靠的評價結(jié)果，提前預(yù)知管道運營的潛在風險。同時反映管道風險實時變化的數(shù)據(jù)逐漸增多，使得管道在線、動態(tài)風險評價成為可能。

(2)智能移動終端+云計算技術(shù)。智能移動終端的應(yīng)用，使得管道巡線人員可以方便地把日常巡檢中發(fā)現(xiàn)的異常事件及時進行匯報[5]，但由于風險評價所涉及數(shù)據(jù)較多，技術(shù)量大，目前并不能將巡檢中發(fā)現(xiàn)的異常事件實時轉(zhuǎn)換為風險評價結(jié)果。隨著云技術(shù)的發(fā)展，風險評價將由傳統(tǒng)的集中式向網(wǎng)絡(luò)協(xié)作式發(fā)展，利用云平臺強大的計算能力，對巡線過程中發(fā)現(xiàn)的異常進行風險實時計算，并將風險評價結(jié)果及時發(fā)布給巡線人員，實現(xiàn)異常事件的快速響應(yīng)。

(3)信息系統(tǒng)的融合互通。風險評價所需數(shù)據(jù)很大一部分來自各管道業(yè)務(wù)系統(tǒng)。目前，針對不同的業(yè)務(wù)模塊，管道企業(yè)往往應(yīng)用不同的信息系統(tǒng)，以中石油管道企業(yè)為例，管道完整性管理系統(tǒng)(PIS)負責管道日常完整性管理，管道ERP系統(tǒng)負責物流、資金流及信息流的統(tǒng)一，管道工程建設(shè)管理系統(tǒng)(PCM)負責工程業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理[8]。不同的信息系統(tǒng)各信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理重點不同，數(shù)據(jù)格式不同，并不能實現(xiàn)有效的信息共享。在智能管道時代，隨著數(shù)據(jù)標準的統(tǒng)一，管道數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，將會完成系統(tǒng)融合互聯(lián)，可以實現(xiàn)建設(shè)期數(shù)據(jù)、管道日常管理數(shù)據(jù)、社會環(huán)境數(shù)據(jù)等風險評價所需數(shù)據(jù)的集成，改變了傳統(tǒng)風險評價過程中不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要從不同系統(tǒng)提取的局面，風險評價系統(tǒng)將會從數(shù)據(jù)中心實時提取所需數(shù)據(jù)，在實時、動態(tài)掌握風險評價結(jié)果的同時，大大減輕了人力成本。

3.2 風險評價結(jié)果更為準確，實現(xiàn)風險預(yù)測預(yù)警

(1)錄入數(shù)據(jù)準確性方面。智能管道時代，風險評價數(shù)據(jù)主要來源于管道實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時通過不同信息系統(tǒng)的融合互聯(lián)，完成建設(shè)期數(shù)據(jù)、管道日常管理數(shù)據(jù)、社會環(huán)境數(shù)據(jù)等風險評價所需數(shù)據(jù)的收集和整合。風險評價數(shù)據(jù)采集錄入模式包括：①在線填報上傳。 ②業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)提取。③智能移動端采集上傳。④離線填報，本地保存，在有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境后進行同步，確保數(shù)據(jù)錄入可行性與及時性。這些采集錄入方式極大減少人為數(shù)據(jù)錄入，使風險評價的關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)采集更加真實、準確、實時和可追溯 。

(2)風險評價模型方面。傳統(tǒng)的風險評價方法認為，任何給定管段的風險分值是由失效概率和后果的函數(shù)確定的，風險分值受所識別的風險因素及其設(shè)定的權(quán)重影響。也就是說傳統(tǒng)的風險評價方法過于主觀，主要依賴于專家判斷，僅能夠進行部分失效原因分析，再加上數(shù)據(jù)不足，降低了評價準確度。

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，“管道大數(shù)據(jù)化”的概念應(yīng)運而生，大數(shù)據(jù)意味著管道從生產(chǎn)開始到服役的最后一刻所有的數(shù)據(jù)都將被保留下來[9-10]。管道大數(shù)據(jù)的定義為：以管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)為基線，實現(xiàn)將內(nèi)檢測信息、外檢測數(shù)據(jù)、設(shè)計施工資料數(shù)據(jù)、歷史運維數(shù)據(jù)、管道環(huán)境數(shù)據(jù)和日常管理數(shù)據(jù)等的校準、對齊整合，使各類數(shù)據(jù)均可對應(yīng)各環(huán)焊縫信息，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)表[6]。在大數(shù)據(jù)條件下，風險分析的方向由因果關(guān)系的分析，變?yōu)殛P(guān)聯(lián)性分析。只要數(shù)據(jù)滿足空間及時間上的一致性要求，將采集到的設(shè)計、建設(shè)、運行、檢測監(jiān)測及失效等數(shù)據(jù)進行梳理，作為潛在風險影響因素，利用機器學習的方法(圖2)，以模擬人腦思維和學習的方式，對管道風險和管道安全狀態(tài)進行學習，給出潛在影響因素的重要度排序，就可以對風險進行預(yù)測預(yù)警[11]。

圖2 大數(shù)據(jù)分析流程

4 結(jié)論與建議

伴隨著管道步入智能化時代，風險評價也朝著實時評價、結(jié)果可視化、風險預(yù)測預(yù)警方向發(fā)展。針對智能管道時代的風險評價技術(shù)的深化及發(fā)展，提出如下建議。

(1)豐富智能數(shù)據(jù)采集方式，實現(xiàn)風險數(shù)據(jù)的自動采集。數(shù)據(jù)自動采集及上傳不僅能提高一線員工的工作效率，更能提高風險評價錄入數(shù)據(jù)的準確性和及時性，因此應(yīng)加大物聯(lián)網(wǎng)及智能移動終端在管道上的應(yīng)用，實時采集泄漏監(jiān)測、第三方損壞預(yù)警、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管道的實時泛在感知。

(2)建設(shè)數(shù)據(jù)中心，制定數(shù)據(jù)標準，實現(xiàn)風險的大數(shù)據(jù)分析。風險評價結(jié)果準確性的基礎(chǔ)是錄入數(shù)據(jù)的完整性與準確性，建議管道企業(yè)建立管道全生命周期的數(shù)據(jù)中心及數(shù)據(jù)標準，實現(xiàn)系統(tǒng)融合互聯(lián)，保證數(shù)據(jù)的有效累積，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，為大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)。

(3)組建風險評價專家團隊，提升風險分析結(jié)果的科學性。智能管道時代的數(shù)據(jù)分析要求管道管理人員除對管道業(yè)務(wù)深入了解外，還需要掌握信息化、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，因此應(yīng)該注重風險評價專家隊伍的建設(shè)，組建由信息專家、數(shù)據(jù)分析專家和管道業(yè)務(wù)專家構(gòu)成的風險評價專家團隊，為智能管道時代風險分析提供技術(shù)支持。